聚乙烯绝缘CO2物理发泡浅析

徐季新

摘  要：該文主要论述了在物理发泡射频同轴电缆的生产过程中，CO2发泡和N2发泡相比具有提高物理发泡射频同轴电缆绝缘的发泡度，从而降低成本，提高衰减性能的优点，阐述了CO2注气系统的原理及在生产过程中为避免液态的CO2汽化形成“干冰”堵塞气管而采取的措施，还论述了CO2注气压力和流量的计算方法，为生产过程中CO2流量和压力的稳定控制提供了理论依据，并结合实例进行了进一步分析。

关键词：注入压力  背压  临界压力  同轴电缆  物理发泡聚乙烯绝缘  绝热指数

中图分类号：TQ325                                文献标识码：A                         文章编号：1672-3791（2019）03（b）-0061-03

Abstract： This paper mainly discusses the production process in physical foaming RF coaxial cable， CO2 foaming and N2 foaming compared with physical foaming RF coaxial cable insulation foaming degree， to reduce cost， improve the attenuation performance， the principle of CO2 injection system and the measures taken in the production process to avoid "dry ice" blocking the gas pipe due to the vaporization of liquid CO2，the calculation method of CO2 injection pressure and flow provides a theoretical basis for the stable control of CO2 flow and pressure in the production process， and combined with examples are further analyzed.

Key Words： Injection pressure; Back pressure; Critical pressure; Coaxial cable; Foamded  polyolefin dielectric; Adiabatic exponent

随着我国移动通信行业的迅猛发展，特别是我国的4G网络全面建设，以及即将到来的5G网络建设规划，作为重要传输线的射频同轴电缆迎来了新一轮的发展机遇，同时也对射频同轴电缆的电气性能提出了更高的要求。CO2物理发泡聚乙烯绝缘射频同轴电缆具有高发泡度、低衰减、可靠性好等优点，被广泛用于射频同轴电缆绝缘生产过程，尤其是大规格同轴电缆的绝缘生产过程。该文概述了CO2绝缘发泡的优点、注气系统及生产过程中压力与流量的控制方法。

1  CO2绝缘发泡的优点

目前，射频同轴电缆的生产厂家基本上都采用N2和CO2进行物理发泡，一般而言，小规格的射频同轴电缆使用N2发泡，大规格的射频同轴电缆采用CO2发泡，特别是用于基站建设用的射频同轴电缆已基本采用CO2发泡。相对于N2物理发泡，CO2发泡具有以下优点。

（1）CO2有很好的惰性，CO2分子没有极性，分子间作用力小，熔点和沸点低，键能大，原子间作用力强，分子具有很高的热稳定性。

（2）CO2在熔融的聚合物中的可溶性比N2高10倍，可获得较高的发泡度，降低绝缘的介电常数从而减小电缆的衰减常数。

2  CO2注气系统及发泡过程简述

图1所示为CO2的注气系统。发泡剂CO2从钢瓶内通过减压阀调节到适当的压力（一般大于36bar）进入增压装置，将CO2增压到预定的工作压力，输送到与挤塑机机筒连接的注气针，通过注气针中的喷嘴，按照设定的CO2流量定量地注入挤塑机机筒内的PE绝缘料中，并通过螺杆的旋转搅拌扩散到熔融的绝缘料中，同时被推挤到发泡机头内的模具中成型。溶解有CO2的绝缘料出模具口后，气体压力被迅速释放并做绝热膨胀，溶解在绝缘料中的CO2气体分子因过饱和而形成气泡。绝缘进入水槽温度降低、粘度增大，抑制气泡的过度增大，避免气泡的过度生长而形成“串孔”。

由于聚乙烯绝缘发泡用CO2为液态，液态的CO2在气化时吸收大量的热而使周围的温度降低，如图2所示，注气管道中因部分CO2冷凝成“干冰”变得狭小，甚至堵塞，导致CO2注气不稳或无法注气，因此要在注气系统中储气罐安装加热装置，保证注气量的稳定。

同时注气针采用可调方式，密封圈采用耐高温、不易变形材质，保证其气密性，如图3所示。

3  CO2压力与流量控制

CO2气体在注入压力和流量稳定与否对射频同轴电缆的结构尺寸、发泡度、发泡的均匀性等有着重要的影响，进而影响射频同轴电缆的特性阻抗、电容、衰减常数、电压驻波比等电气性能参数。

绝缘料在机筒中加热、熔融，伴随着螺杆的旋转被压缩、剪切、搅拌会产生一个机筒面的压力Pc（即绝缘料背压Pc）、CO2气体的注入压力Pg大于绝缘料背压Pc，就可以注入机筒内。然而，由于挤塑机电机转速的稳定性、绝缘材料的质量、加热温度的稳定性等诸多因素的影响，机筒面的压力Pc是随时间连续变化的，以笔者公司物理发泡生产线的挤出机为例，根据对该公司生产的长期观察，其变化的范围通常在1～3bar。根据研究表明，在气流流速低于声速和注入压力不变的情况下，气体的流量是随绝缘背压的变化而成指数关系变化的。从绝缘发泡的机理可知，气体的注入量发生微小变化，也会使得含有气体的绝缘料在出模后泡孔压力释放生长过程中产生很大的变化，即发泡度发生较大的变化，造成电缆在长度方向上的不均匀性而影响信号的传输。